认清内燃机效率不佳的事实

        首先，读者必须了解四行程内燃机的效率其实不高，在四个运作行程中只有动力行程在做功，b其他三个行程都处于消耗能源的状态。而且当车辆遇到红灯处于静止，引擎呈怠速运转状态，车辆没有前进可是引擎还是得持续运作不能熄火，相当浪费能源，而且怠速时的油耗及废弃污染都相当严重。

再者，注入内燃机的汽油约略只有1/3的能量来产生动力，其余1/3转化成热能被内燃机本体吸收，另外1/3未完全燃烧经由排气机构释放出去污染环境。看到这样的数据，对许多人而言都感慨其效率之低，浪费消费者的汽油钱，但是对于机械工程师而言，内燃机的效率远不及外燃机，想从耗损能量中榨出百分之十转注到引擎输出动力上，是不可能的任务。

常见的引擎环保设计

          之前，为了达到良好的引擎燃烧效率，所以发明了喷射引擎取代空燃比控制不易的化油器，加上许许多多的先进感应器及电子科技，让引擎成为台湾“电子花车”大战的导火线（NISSAN掀开配备战之前不就是先将Sentra的化油器引擎改成喷射引擎，当然这是开玩笑的说法，但是大量使用电子科技应用在汽车上非引擎科技莫属）。

当今，量产的自然吸气引擎中单位容积燃烧效率极高的BMW车系（马力、扭力兼具），运用了各缸独立的节气门以及进气岐管直喷技术、电子节流阀、连续式可变汽门正时机构、优异的引擎管理电脑，让M5、M3成为车迷崇拜的对象。但是在环保的努力上，同样具有超高燃烧效率的HONDA车厂所做的研究，确实走在全世界车厂的最尖端。

普遍而言，各家车厂降低废气污染的措施有使用无铅汽油、排气管加上触媒转化器、油箱废气循环系统、曲轴箱废气循环系统（PCV）、引擎废气循环系统（EGR），较高档的设计还有进气预热系统、排气管二次进气系统、引擎反置设计，以上所述是比较常见的设计，接下来就要进入HONDA的科技领域。

稀薄燃烧的迷思

          想要省油并增进效率就必须朝向稀薄燃烧及高压缩比这两个途径。为了维持引擎正常运作，空燃比通常维持在14.7：1左右会有较佳的燃烧效率，调整范围在12：1～16：1之间，超出这个范围，燃油混合气就不容易被引燃。油气浓、空燃比低容易产生燃烧不完全，造成积碳及耗油、HC废气生成等情形。但是汽油能帮助引擎散热的功效，所以燃油气浓能保护引擎免于高热危害以及减少爆震发生的可能性，对于低转速进气效率不彰的自然进气引擎能改善扭力输出。所以耐久赛及一些稳扎稳打的赛车手都选择较低的空燃比。而且适度的油气浓度，空气中的氧气将充分与油气结合产生二氧化碳与水，就不会和氮气起作用产生有毒性的 NOx。

          油气较淡、空燃比高的稀薄燃烧方式能减少汽油的消耗量，达到省油的目的。但是稀薄燃烧容易产生爆震、缸温过高、氧气运用不完全等情形，高温加上燃烧后废气中含氧过多的结果，造成氧气与氮气结合产生大量的NOx，必须藉由特殊的触媒段吸收NOx，并导入空气，让NOx与HC再次被触媒催化成水及二氧化碳。第二种方法就是大量利用EGR系统引导废气进入进气岐管，这样的功效是因为燃烧后的废气含氧量极少，加入进气系统中一起混合能降低油气的氧气比例，如此就能抑制NOx的产生。废气除了可以推涡轮外还有环保功效，够神奇吧！

       但是NOx吸附触媒成本高，废气中含NOx越多就要用越长的特殊触媒段来吸收，如此一来，大排气量的引擎制造成本将会成等比上升，市场竞争力较弱，日后的维修成本也很惊人。EGR系统要精确控制废气导入量并不容易，而且在怠速时、引擎负荷量大时、暖车时期（引擎未达工作温度前）不能使用EGR，不然会造成引擎运转不顺及扭力降低，所以EGR不能完全取代特殊触媒。最好的方法就是两者都用，但是羊毛出在羊身上，消费者必须忍受昂贵的车价才能享有既环保又省油的引擎。

iVTEC的威力

VTEC＝Variable Valve Timing & Lift Electronic Control System

VTC＝Variable Timing Control

            iVTEC ＝VTEC＋VTC，其作动机制仅针对进气汽门。以往VTEC作动仅能依照引擎转速区分“动”与“不动”，当转速到达一定程度时开始作动，能增加汽门的运作行程及开启时间，提升高转速进、排气效率，VTEC并没有所谓“开一半”的情形，仅有两段式设计，并非无段式。至于其他的可变汽门正时系统则相反，以改变汽门的相位角为主（开启时机），至于能不能达到无段连续控制，全看系统的好坏而论。

          iVTEC引擎属于每缸四汽门设计，但其中的VTEC运作与一般DOHC VTEC不同，特殊之处在于iVTEC具有控制两支进气汽门单独开启的功能。当引擎在低负荷以及低转速时只让一支进气汽门作动，中高转速时才会让两支进气汽门同时作动，够夸张吧。

           或许读者会认为VTEC加入VTC的功能对引擎的动力性能会有很大的帮助，事实则不尽然。iVTEC的诉求在于经济、环保、性能三者兼顾，VTC的作动机制主要是针对引擎在低负荷时精确控制进气汽门的开启时机，藉此发挥EGR之功效；当引擎处于高负荷时，又能适时解除EGR功用；中高转速时又能提前进气汽门启动时机增进引擎动力。

光看笔者简单的论述，相信许多读者仍是一片茫然，就用图文来解释吧：            

燃烧不安定时之省油稀薄燃烧（iVTEC无作动，单一进气汽门运作）在发动引擎时及暖车阶段，汽缸内的燃烧运作并未安定化，此时iVTEC的汽门运作和一般引擎并无两样，但是iVTEC大胆使用稀薄燃烧，此时没有EGR的机制运作，NOx须靠特殊设计的触媒段来吸收。但是在暖车时期，缸温不高，所以 NOx的污染情形并不严重。右图为排气行程，当活塞到达上死点之前，进气汽门是不会开启的，大部分的喷射引擎都是这样设计的。当汽缸内的混合气燃烧状况不稳定时，iVTEC无法运用进气汽门开启的方式导入废气进入进气岐管内产生EGR效果。（没冲分热车时）

燃烧安定时之省油EGR效果稀薄燃烧（VTEC作动，VTC正时提前，单一进气汽门运作，行程及开启时间增长）暖车完毕后，缸内燃烧状况安定，使用一进二出的进排气机构会产生稳定的涡流，这时iVTEC将发挥效用。当引擎处于低负荷时是省油的最佳时机（不论是低、中、高转速都必须省），这时需要大量利用 EGR效果以及稀薄燃烧才能达成。iVTEC引擎并未设计额外EGR阀门机构，而是利用进气汽门来达成，这种设计可说是HONDA的独门密技，只有少数车厂学的来。右图同样是排气行程，当引擎管理系统发现引擎处于低负荷状态（从驾驶者踩油门的深浅，或说是节气门开启的角度来判定），VTEC与VTC同时作动，汽门开启的行程变长、开启时间也增加、重点是开启的时机也提前。在活塞到达上死点时进气汽门就开启了，所以一部份的废气藉涡流效应就经由进气阀门跑到进气岐管内，与下一步骤的进气行程中，废气将与燃油混合气一同进入汽缸中达到EGR的效果。这时搭配引擎管理电脑的控制让供油嘴的喷油量减少达到稀薄燃烧的效用。因为引擎负荷量不大，进气岐管真空值较高，所以进入汽缸中的油气也不多，用稀薄燃烧不容易发生爆震现象，引擎温度也不会太高，NOx的抑制有 EGR功效控制，省油、环保兼具。而且在引擎设计上仍可使用高压缩比增进引擎效率。以往VTEC设计只有在中高转速才运作，但是iVTEC在低转速也必须作动

低转速大扭力输出状态（VTEC作动，VTC正时做适度调整，单一进气汽门运作，行程及开启时间增长）当引擎处于低转速，而驾驶者开始踩油门加速时，此时引擎管理系统必须截断EGR功效，才能精确控制空燃比，达到最佳扭力输出。而且就算是引擎位于低转速时，要冲刺还是要让汽缸吸到多一点燃油混合气，所以VTEC还是继续作动让进气汽门开的又长又久。但此时的进气效率又没有差到要开两个进气汽门才能供应足够的进气量。如此，少了一支汽门运作，引擎内部的惯性阻力就小，引擎扭力输出较以往VTEC更佳。之前的VTEC引擎是感应转速作动，iVTEC是感应引擎负荷及转速双管齐下，兼具SOHC与 DOHC的优势。至于EGR的解除就是使用VTC机构延后进气汽门的开启时机来达成。如右图的排气行程，当活塞达到上死点前，进气汽门开启时机延后，废气因开口太小无法进入进气岐管内，EGR功效因此而取消。这样的运作特性目前唯有iVTEC能达成，一般的可变汽门正时机构能达成EGR效果，但是要兼顾怠速、暖车、起步时的引擎转顺畅性就必须使用特殊设计，如怠速进气阀、怠速供油喷嘴、电子节流阀、可变进气岐管、甚至各汽缸独立的电子节流阀（如BMW E39 M5、E46 M3的ETBC系统）才能解决使用高角度凸轮轴所带来的引擎涌浪现象，但是要控制单一汽门个别作动，还能调整行程、时程及正时，非iVTEC莫属。

中高转速大扭力输出状态（VTEC作动，VTC正时提前，双进气汽门运作，行程及开启时间增长）引擎处于中高转速高负荷时，为了达到最佳进气效率，除了 VTEC开启之外，VTC也跟进。从右图中的排气行程可以看出一些端倪，当活塞到达上死点时，进气汽门已经开启，但是作用不在于导引废气进入进气岐管产生 EGR效果，相反的，是让进气岐管的燃油混合气预先进入汽缸内，将汽缸燃烧过的废气从排气汽门挤出去，让高负荷下的中高转速引擎效能更佳。但是最重要的问题为进气岐管如何产生够大的涡流效应将燃油混合气在排气行程中「挤”进汽缸中，因为在排气过程中，汽缸的废气压力通常大于进气岐管的压力，除非是增压引擎，不然以自然进气引擎而言，进气岐管内的压力通常是低于大气压力的，但是HONDA以可变式进气岐管以及优异的流体力学设计完成此项不可能的任务，连汽缸内部的旋转气流设计也须经过严密设计，不然提前进入汽缸内的混合气如果又从排气岐管溢出，那效能又将打则扣而且不环保。混合气提前进入汽缸中，具有降低汽缸温度的效果，而且混合气有更多的时间来提升温度，燃烧效率更佳，也不容易积碳并能降低HC排放。但是低转速、高负荷时为何不用这种高效率进气方式，主要原因就是自然吸气引擎在低转速进气效率不理想，在进气岐管压力不足的情况下，提前开启进气汽门反而会让废气溢出，降低汽缸的油气浓度。

HONDA认为要让燃油效率充分发挥，必须具有高压缩比、高进排气效率的引擎设计方能达成目标，所以VTEC、iVTEC诞生。而且进气效率佳，低转速状态下不须提高供油浓度来榨出汽缸内所有氧气的燃烧效益，这样会增加油耗及HC的排放。相反的，HONDA在供油上尽量以低燃油浓度来达成，能省则省，只要不发生爆震或爆引擎就好，加上HONDA引擎耐用度佳，对高转速及高温的适应性良好，在iVTEC引擎上，活塞的造型也经过特殊设计，除了四周有避免敲击到汽门的缺口设计，中央还有类似缸内直喷引擎的凹槽设计，应该具有导引混合气及降低爆振的功效。优异的整体引擎表现，HONDA动力机构广为赛车界欢迎，并赢得消费者口碑。

           iVTEC出现在量产的七代Civic 2.0身上，以1410㎏的车重，平均油耗达14.2㎞/l，具有154hp/6500rpm、19.0㎏m/4000rpm的动力水准。平名化的车价享有高科技、低污染的功效。以BMW的自然进气引擎科技而言，应该也有这样的实力，但必须利用许多高科技、高价位配备来达成，短期内应该很难“平名化”。

           在iVTEC的发展过程中，其实是充满艰辛的，因为汽门的开启行程、开启时间、开启时机等变因是环环相扣的，当引擎的负荷及转速变化时，这三者应如何变化是需要长时间测试，加上供油、进气岐管设计、可变岐管的细微角度变化、噪音控制、温度控制、整体动力输出搭配、耐用度等等都是牵一发而动全身，是门艰涩的经验科学，但这也是HONDA的资产及秘密武器。如果研发过程没有这么困难，国内早就自行研发出DOHC VTEC。

ZLEV超环保引擎科技

         拥有iVTEC并不能满足污染控制机制，必须要作整体搭配。虽然iVTEC能提供EGR效用，但是不可能完全抑制稀薄燃烧所产生的NOx，必须搭配NOx吸附型触媒，但是可以大幅缩减这种特殊触媒的体积以降低成本。

HONDA研究出“ZLEV”引擎科技，能将有害废气排放降到难以想像的地步。其设计机制对应刚发动引擎、暖车运转时期、正常运作等三种状况，引擎本体必须以VTEC机制来运作，排气机构使用多段式触媒设计，主要分成前后两段。

前段触媒设计非常接近排气岐管，为的就是要充分吸收废气的热能，方能以最快的速度达到触媒工作温度。而且这一段触媒只要工作温度稍高就具有吸附HC的功用（但是温度过低仍不具功效），能够在暖车运转及正常运作等两个阶段发挥功效。

          中段触媒的设计又细分成三部分，前两部分是具有HC吸附功能的高效能触媒，其特性为低温也具有吸附HC的功效，当工作温度上升后，他能将HC与氧气结合产生水蒸气及二氧化碳。所以排气中段位于中段触媒之前有二次空气注入孔的设计。这两截触媒能提供引擎启动瞬间及正常运作时的废气清净作用。

中段的后方使用一具电热式触媒段，经过电热线加热后，触媒能迅速达到工作温度，主要功用为转化暖车阶段的有毒废气。

          除了触媒设计相当特殊外，对于空燃比的控制才是经典之处。除了使用含氧感应器外，还使用线性结构HC感应器帮助引擎监控系统判断。这套系统相当忌讳废气中氧气成分过多，因为系统中没有昂贵的NOx吸附触媒以及EGR机构。

ZLEV引擎必须在启动的瞬间让VTEC作动，让大量的空气进入汽缸中，视引擎运作状况再适时关闭。但是目前HONDA的VTEC机制是以引擎转速感应启动，要与引擎启动瞬间同步，必须再设计。

          ZLEV的设计，成本上是个考验。ZLEV强调的是环保而非省油或性能（事实上这么多触媒段的阻力要达到高性能似乎很困难，除非加粗触媒段直径或采用双排气通套设计，但是＄会很惊人），只要精确控制空燃比，避免稀薄燃烧发生，就不需要EGR阀门、iVTEC、NOx吸附型触媒，成本控制就视产量而定。

小而美、小而省

           严格来说，世上有全方位省油的引擎吗？答案是否定的。只要您开车时习惯大脚油门冲刺，以现今的高科技引擎而言水准都差不多，就算是iVTEC也省不了多少。以缸内直喷引擎而言，省油设计是在低负荷时期（虽然其压缩比相当高，但是您听过日本MITSUBISHI GDI引擎实际行车状况很省油的报导吗？显示这项科技实际运用与理论还有一段差距），其它设计如iVTEC也是，SVC也是如此，大概只有米勒循环引擎比较能兼顾高负荷时的油耗，但是成本及调校尚未成熟化，所以这具引擎也没有造成很大的轰动。所以要省油，开车时油门就不要踩太重，上述设计的引擎才能发挥省油的功效。

如果要全方位省油，只有减轻车重一途是最直接、有效的方式。所以没有高度需求就不要开大车子；加速、油耗、废气污染都比小车严重。操控要灵活，长轴距的车子更不容易办到，车体刚性方面也是小车的抗扭曲能力较强，“小而美、小而省”正是小车的写照。至于要多小才是小车？这须视个人需求而论，但国人普遍有“小车及没屁股的车不安全”的观念，所以在此笔者也不敢奢望能改变国人的购车理念。